案例学Python：青少年编程从入门到精通

时下，人工智能时代已经悄然来临，而编程能够帮我们打开通往未来的大门。苹果公司创始人史蒂夫·乔布斯曾说：“每个人都应该学习编程，因为它教你如何思考。”比尔·盖茨在13岁的时候就写出了他的*个计算机程序，史蒂夫·乔布斯也是在十几岁的时候编写出了游戏程序，然后创办了苹果公司。青少年通过学习编程，能够提升自我的学习能力，学会解决问题的方法，同时能够培养其逻辑思维、数学理解、英语兴趣、严谨理念、动手能力和创造力等。
我们的世界正在迅速程序化、数据化和智能化，大数据、物联网、云计算、机器学习、人工智能等技术让万物互联，让计算像水和电一样成为一种基础资源，让编程像阅读、表达、数学一样成为一种基础能力。
1.什么是人工智能？
人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指通过机器来研究开发用于模拟人的智能的理论、方法、技术等，是一门新的技术科学。
人工智能是计算机科学的一个分支，它试图了解智能的实质，并生产出一种新的能与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语音识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能自诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大。可以设想，未来人工智能带来的科技产品将会是人类智慧的“容器”。人工智能可以对人的意识、思维等信息过程进行模拟，它不是人的智能，但能像人那样思考，也可能超过人的智能。
2.人工智能时代，人类面临的挑战与机遇
目前，一些流水线工作已经采用大量的人工机器人设备，工人从原来的动手加工改变成为对自动化设备的控制工作。人工智能提高了工作的效率和专业性，同时也带来了一定的失业率。
有专家曾言，在可见的未来，职场智能化只是一个时间问题。在不远的将来，人工智能可以实现自动语言翻译、汽车自动驾驶、手术自动化……这些设想都是有据可证的，也是符合逻辑的。
面对这样的预言，我们不寒而栗。但是只要你爱学习，接受新技术，你就能把握AI时代的机遇，就能在竞争中抢占先机。
3.现在的孩子们应该以何种姿态面对人工智能？
现在，人工智能、物联网、大数据处理等内容正式进入全国高中“”教育。人工智能快速进入教育领域，既是教育改革的新工具，也是课程教学的新内容。人工智能教育已经进入新的发展阶段，它在高效实现个性化学习方面有着无可比拟的优势，未来在教育领域的应用将更为广泛。
从某种程度上讲，把握人工智能的发展要从教育入手，而投资教育的*初始阶段往往更能占得先机。这也许就可以解释为什么人工智能的发展带火了青少年编程事业，让家长们对青少年编程一直关注推崇。让孩子从小学编程，掌握编程技能，培养编程思维，也是为以后的学习、工作、生活打下坚实基础。
4.编程语言那么多，为什么要选Python？
首先，Python语言的语法非常简单易懂，相对于C 、Java等编程语言，Python更加适合初学者学习。其次，目前大部分人工智能框架都支持Python语言，Python作为人智
能开发*语言当之无愧，选择学习Python未来更有前途。
不仅如此，Python也将被浙江省正式纳入高中教育，浙江省高考改革将编程纳入高考。

信息技术作为高考选考科目之一，率先加入了编程内容。而从2018年起，浙江省信息技术的编程教材已从VB语言变为Python语言，也就是说，学习编程尤其是Python编程不再只是培养兴趣爱好，它在升学中都将大有裨益。家长们应更多地引导孩子们正确地使用计算机，协助孩子们好好学习编程。在不久的将来，当编程成为必修科目之一时，已经有了编程基础的孩子必然会比没有基础的孩子有着更大优势。

对信息技术教材改革，将Python课程化，除了浙江省在编程教育上率先行动之外，北京市和山东省也紧随其后进入编程教育改革的*梯队，Python语言课程化也将成为孩子学习的一种趋势。
5.本书特色
作者长期在一线从事青少年编程教育工作，深知青少年的心理发展与认知水平。本书在写作方式上打破了传统的“知识说教”，而寓教于乐，结合一线的教学实践，以案例实操为主、理论为辅的内容安排，让青少年们通过书中相关案例游戏的制作，边学边练、边学边玩，轻松掌握Python的编程知识。
本书案例覆盖奥数题、脑筋急转弯、有趣的小游戏、实用的小软件等青少年乐于接受的内容，实操性非常强。编程离不开动手，一定要动手编写程序。本书每个单元都以案例为主，包括案例描述、案例分析、编程实现、程序详解等环节，带领读者朋友们一步步分析完成案例编程。全书共有57个案例，读者可以参考案例源代码，优化修改，能够看得懂、学得会、做得出。

为方便读者操作和练习，本书提供以下相关学习资源，并上传至百度网盘供读者下载。
请读者关注封底“博雅读书社”微信公众号，找到资源下载栏目，根据提示获取。
【案例源代码】提供与本书案例同步的案例源代码文件，方便读者参考学习、优化修改和分析使用。在讲解过程中，作者将案例源代码保存在了自己D盘中的“编程真好玩”文件夹下。在应用时，读者找到书名文件夹下的案例源代码即可下载。
【视频教程】提供书中57个案例的教学视频，方便读者视频学习，更好地掌握、理解书中的案例编程技能。

《案例学Python：青少年编程从入门到精通》分为11个单元，全书安排了58个有趣的编程知识案例，以亲切的笔调、活泼语言介绍了Python少儿编程的相关知识。内容包括：单元1：好玩的新朋友——Python编程入门；单元2：是非分明我知道——判断与分支；单元3：我是绘画大师——turtle海龟做图；单元4：永不停息的循环——让程序重复执行；单元5：“装数据的容器”——列表、字典、元组；单元6：“猜大小赢金币”——random随机数；单元7：初识图形化编程——thinter模块；单元8：通信录软件开发——信息管理入门；单元9：“QQ”聊天软件——Python网络通信；单元10：“全民打砖块”——面向对象编程入门；单元11：星球大战游戏编程——综合项目开发。并且每章末尾“编程挑战”和“单元小结”，拓展读者的思维，巩固学习的知识和技能。
通过《案例学Python：青少年编程从入门到精通》的学习，可以帮助孩子学习计算机的思维方式，可视化和游戏为主的例子则提高孩子的学习兴趣和注意力。《案例学Python：青少年编程从入门到精通》是写给孩子看的Python编程书，也可以作为少儿编程的教材参考用书。

贾炜，高级工程师，拥有多年IT技术开发经验，对多种开发语言都有深入研究，专注于python人工智能开发领域，数据分析，机器学习等；同时长期兼职青少年steam教育培训工作，有丰富的教育培训经验。

单元 1　好玩的新朋友——Python 编程入门 1 

1.1 IDLE 软件的使用 3

1.2 打印输出——print 函数 6

案例 1 编程输出李白的《静夜思》8

1.3 装数据的盒子——变量 9

1.4 常见的数据类型 10

1.5 获取键盘输入——input 函数 12 

案例 2 程序对你说“hello” 14

1.6 数据类型转换 15 

1.7 字符串的运算 19

案例 3 编个计算器 22 

1.8 函数 23 

编程过关挑战——输出任意字符组成的菱形 29 

单元小结 31 

单元 2　是非分明我知道——判断与分支 32 

2.1 Python 中的关系运算符 34 

2.2 True 还是 False 34

2.3 二分支 36 

案例 4 判断奇偶数 37 

2.4 多分支 39 

案例 5 由身高确定买全价票、半价票还是免票 39 

2.5 and（并且） 41 

案例 6 放假去哪儿游玩 42 

2.6 or（或者） 44 

案例 7 阶梯电价怎么算 45 

编程过关挑战——鸡兔同笼，鸡兔多少怎么算 47 

单元小结 48 

单元 3　我是绘画大师——turtle 海龟做图 49 

3.1 模块 51 

3.2 小海龟前进—— forward 函数 52 

3.3 隐藏“小海龟”——hideturtle 函数 53 

3.4 小海龟转向——left 和 right 函数 54 

案例 8 画个正方形 56

3.5 正多边形内角和计算 58 

案例 9 画个正六边形 58 

3.6 小海龟转圈圈——circle 函数 60 

3.7 正多边形的简单画法 61 

3.8 画笔变颜色 62 

3.9 给图形填充颜色 62 

案例 10 闪闪的红星 63 

3.10　绘制多个图形 65 

案例 11 两个圆形 65

编程过关挑战——绘制奥运五环标志 67 

单元小结 70

单元 4　永不停息的循环——让程序重复执行 71

4.1 循环的奥秘 73

4.2 for 循环 73 

案例 12 输出a行b 74 

案例 13 画个“太阳花” 75 

案例 14 对整数 1 ～ 100 累加求和 76 

案例 15 对 1 ～ 100 中的奇数累加求和 78 

4.3 while 循环 79 

案例 16 可循环使用的计算器 79 

4.4 break——退出整个循环 81

案例 17 计算器的安全退出 82

4.5 continue——终止本次循环 83

4.6 while 实现有限循环 84 

案例 18 组合数字 85 

案例 19 对 100 以内质数进行求和 87 

·编程过关挑战·——棋盘麦粒知多少 88 

单元小结 90

单元 5 “装数据的容器”——列表、字典、元组 91

5.1 列表 93

案例 20 学生名字管理 100

案例 21 绘制眩晕图 101

5.2 字典 103

案例 22 学生信息管理 110

5.3 元组 112

编程过关挑战——斐波那契数列 114 

单元小结 116

单元 6 “猜大小，赢金币”——random 模块 117 

6.1 random 模块简介 119

6.2 随机整数——randint 函数 119

案例 23 摇骰子 119 

案例 24 看谁猜得快 121 

6.3 随机小数——uniform 函数 122 

6.4 有规律的随机数——randrange 函数 124 

6.5 随机字符串——choice 函数 125 

案例 25 和电脑玩猜拳 126

6.6 打乱列表——shuffle 函数 128

6.7 随机字符串——sample 函数 129 

案例 26 来注双色球 130 

案例 27 璀璨星空 132 

编程过关挑战——“猜大小，赢金币”游戏 135 

单元小结 143 

单元 7　初识图形化编程——tkinter 模块 144

7.1 tkinter 模块简介 146

案例 28 创建计算器的界面 146

案例 29 创建计算器的输入框 147

案例30 给计算器输入框加个名字 149 

案例 31 计算结果 151 

案例 32 开发“全能计算器” 154

7.2 程序打包 158 

编程过关挑战——开发自带按键的计算器 160

单元小结 164

单元 8　信息管理入门——通讯录软件开发 165

8.1 数据的长久保存——文件 167 

8.2 文件的创建 168 

8.3 文件的写入 168 

8.4 文件的读取 170 

8.5 通讯录软件介绍 172 

案例 33 搭建软件框架 172 

案例 34 添加联系人 174 

案例35 查找联系人 177 

案例36 删除联系人 181 

案例 37 查看所有联系人 185

编程过关挑战——使用文件保存联系人信息 189 

单元小结 195 

单元 9　Python 网络通信——聊天软件开发 196

9.1 PyCharm 软件的使用 198

9.2 网络通信基础知识 200 

案例38 创建简单的服务器 204 

案例39 创建简单客户端 206 

案例 40 一对一的网络通信 208 

9.3 程序中的“服务员”——线程 214 

案例 41 加入多线程的聊天软件 217

编程过关挑战——图形化聊天软件开发 224

单元小结 233 

单元 10　面向对象编程入门——“全民打砖块” 234

10.1 面向对象基础 236

10.2 类的创建 236 

案例 42 创建游戏窗口 237 

案例 43 创建一个小球类 239

案例 44 自由运动的小球 241

案例 45 创建球拍类 243 

案例 46 球拍“动起来” 246 

案例 47 球拍接小球 250 

案例 48 砖块类的创建 253 

案例 49 “打掉砖块” 257 

案例50 设置“通关”与否 261

编程过关挑战——两个小球“打砖块” 266 

单元小结 271 

单元 11　综合项目开发——“星球大战”游戏 272

11.1 pygame 模块介绍与安装 274

11.2 游戏开发准备 277

案例 51 创建游戏界面 277 

案例 52 打造“地球卫士” 279

案例53 驾驶飞机 282

案例 54 外星人来袭 286

案例55 准备子弹 291

案例 56 射击外星人飞机 296 

案例 57 我方飞机被外星人飞机冲撞 301

编程过关挑战——设置飞机的生命值 302

单元小结 303

附录 A Python IDLE 的安装方法 304 

附录 B PyCharm 的安装方法 307

青少年编程教科书:打破传统“知识说教”的教学模式，通过57个“好玩的案例” 11个“编程过关挑战”，寓教于乐，从零开始，玩着玩着就能学会Python。